Como os bits se transformam em eletricidade e são transportados pelo Cabo Par Trançado?

Você já parou para pensar em como aquele vídeo do YouTube ou aquele e-mail importante viaja de um computador para o outro através de um simples cabo de rede UTP ou STP (Par Trançado)? Nos bastidores de tudo isso, existe uma verdadeira "tradução" acontecendo em frações de segundo, seja na Camada 1 do Modelo OSI ou na Camada de Acesso à Rede do TCP/IP.

O processo de traduzir bits, os famosos 0s e 1s, em sinais elétricos específicos é chamado de Codificação de Linha ou Line Coding. Para cabos de par trançado (como os populares cabos de rede Cat5e ou Cat6), o método de codificação muda dependendo da velocidade da rede. A regra é clara: quanto mais rápida a rede, mais complexa se torna essa tradução.

Vamos fazer uma viagem pela evolução do Ethernet e entender as principais codificações usadas nesses cabos!

A Evolução das Codificações no Par Trançado

1. Codificação Manchester (Redes de 10 Mbps)

Usada no antigo padrão 10Base-T, essa foi a base das primeiras redes Ethernet sobre cabos de par trançado.

Em vez de simplesmente enviar "energia ligada" ou "energia desligada", a codificação Manchester usa a transição da voltagem bem no meio do tempo de leitura do bit.

Uma queda de voltagem (do positivo para o negativo) significa um bit 0. Uma subida de voltagem (do negativo para o positivo) significa um bit 1.

O sinal carrega seu próprio relógio de sincronização. Como sempre há uma mudança de voltagem no meio do bit, o receptor nunca "se perde" na contagem.

2. MLT-3 + 4B/5B (Redes de 100 Mbps - Fast Ethernet)

Usada no padrão 100Base-TX. Para transmitir dados 10 vezes mais rápido que o padrão anterior, o constante "sobe e desce" da codificação Manchester começou a causar muita interferência nos cabos de cobre. Era preciso inovar.

O MLT-3 (Multi-Level Transmit) usa três níveis de voltagem diferentes: positivo (+1V), zero (0V) e negativo (-1V). Ele funciona em ciclos. Se o bit a ser transmitido for 1, a voltagem muda para o próximo nível do ciclo. Se o bit for 0, a voltagem permanece a mesma.

Essa técnica reduz drasticamente a frequência do sinal elétrico, permitindo que o cabo de par trançado suporte velocidades muito maiores sem que o sinal se degrade pelo caminho.

3. PAM-5 (Redes de 1 Gbps - Gigabit Ethernet)

Usada no padrão 1000Base-T, que é o padrão mais comum na maioria dos computadores e roteadores domésticos hoje em dia.

O PAM-5 (Pulse Amplitude Modulation de 5 níveis) dá um salto de complexidade usando cinco níveis de voltagem diferentes (-2, -1, 0, +1, +2).

Graças aos múltiplos níveis de voltagem, o equipamento de rede consegue transmitir dois bits ao mesmo tempo em um único pulso elétrico, em vez de apenas um. Além disso, o Gigabit usa os quatro pares de fios do cabo simultaneamente (para enviar e receber dados ao mesmo tempo), multiplicando a velocidade final.

Quem Regula Esses Padrões?

Para garantir que a placa de rede de um Mac consiga "conversar" perfeitamente com um roteador da Cisco ou com um switch da TP-Link, a indústria da tecnologia não pode trabalhar na base do improviso. Ela depende de organizações globais de padronização.

Duas entidades principais mandam nesse pedaço:

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

O IEEE é o "chefe" absoluto de como a comunicação acontece no nível lógico e elétrico.

Mais especificamente, o comitê IEEE 802.3 é quem define todos os padrões Ethernet.

Eles são os responsáveis por ditar regras estritas, como: "Para redes de 1 Gigabit, todos os fabricantes devem obrigatoriamente usar a codificação PAM-5 em todos os quatro pares de fios".

TIA/EIA (Telecommunications Industry Association / Electronic Industries Alliance)

Enquanto o IEEE regula a "linguagem" elétrica (o software da Camada Física), a TIA/EIA regula o cabo físico e os conectores (o hardware da Camada Física).

Eles definem os padrões de qualidade do material, o limite de distância (que geralmente é de 100 metros), a bitola do cobre e as famosas categorias dos cabos (Cat5e, Cat6, Cat6a).

Também são eles que definem a famosa ordem das cores dos fios dentro do conector RJ45 (os padrões T568A e T568B).

A Atuação Global: ISO/IEC

Para fechar o cerco da padronização, a ISO/IEC trabalha em conjunto com a TIA/EIA para criar normas internacionais de cabeamento estruturado (como a famosa norma ISO/IEC 11801). Isso garante que os cabos fabricados no Brasil, na China ou nos EUA sigam regras físicas e de desempenho idênticas.